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太阳能是一种新型能源,对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前,太阳能的利用主要集中在热能和光伏发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法,一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电,二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21世纪的热门课题,许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。 本实验介绍太阳能电池的电学性质和光学性质,并对两种性质进行测量。
二、技术指标
本试验仪采用专业光源在实验室模拟太阳光,四块太阳能电池板安装在滑动导轨上。通过太阳辐射计测量光功率,可测量太阳能电池的伏安特性和转换效率。
具体技术指标:
1.太阳模拟光源:交流220V/150W;
2.太阳能电池:多晶硅60mm×60mm×0.3W×4片;
3.每片开路电压:3.78V,短路电流80mA;
4.直流稳压电源:0~2.5V连续可调;
5.太阳辐射传感器:测试功率:0~2000W /m2光谱范围:320nm~1100nm 精度小于5%,即可在模拟光源下测量又可在室外太阳下测量太阳辐射值,使学生更好的掌握太阳辐射效率。
6.直流数字电压表:0~20V,三位半数显指示,精度±0.5%;
7.直流数字电流表:0~200mA,精度:±0.5%;
8.负载电阻:0~9999Ω;
9.光源支架全部为不锈钢材料,主机为铝和金箱式结构,便于携带。
三、实验项目
1、无光照时太阳能电池的伏安特性测试;
2、太阳能电池开路电压、短路电流与光强的关系测试;
3、太阳能电池负载特性与转换效率测试;
4、太阳能电池的串、并联实验;
5. 室外的太阳辐射的测量方法实验。
四、实验原理
太阳能电池的主要结构为PN结。理想PN结的电流和电压关系由下式(1)给出
当太阳能电池的输出端短路时,即U=0,由(2)式可得到短路电流ISC=IPh;当太阳能电池的输出端开路时,即I=0,可推得开路电压UOC。正常运行时,IPh比I0高几个数量级,因此(2)式括号中的1可以忽略。
当太阳能电池接上负载电阻后,太阳能电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化,当负载电阻R在某一值时时,太阳能电池的输出功率为,即输出功率,设此时对应的电压为Um,电流为Im,有Pm=Im*Um。填充因子定义为
是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。某状态下值越大,说明太阳能电池在对应该负载电阻情况下对光的利用率越高。